1、大規(guī)模電力系統(tǒng)區(qū)域間的低頻振蕩已成為制約互聯(lián)系統(tǒng)傳輸容量的瓶頸和影響安全穩(wěn)定運行的重要因素。現(xiàn)有的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)雖然對抑制功率振蕩起到了重要作用，但由于局限于本地信號反饋的約束，不能直接利用相對角速度或相對功角構(gòu)成閉環(huán)，不能很好地抑制互聯(lián)電網(wǎng)區(qū)間低頻振蕩。廣域測量系統(tǒng)(WAMS)的發(fā)展，給電力系統(tǒng)的監(jiān)測、分析和控制提供了新的手段，為互聯(lián)電網(wǎng)阻尼控制帶來了新的契機。
　　 在采用本地信號設(shè)計阻尼控制策略中，由于時滯較小，

2、忽略時延的影響是可行的。但是，在地理上廣域分布的互聯(lián)電網(wǎng)，遠方信息的采集、處理和傳輸?shù)臅r延可達幾十甚至數(shù)百毫秒，是不能忽略的。信號傳輸時滯往往會惡化系統(tǒng)性能，降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使控制器達不到理想的效果。
　　 本文以現(xiàn)代互聯(lián)電力系統(tǒng)中，由于阻尼不足產(chǎn)生的區(qū)間低頻振蕩現(xiàn)象為研究對象。重點研究計及時滯的廣域附加區(qū)間阻尼控制，用現(xiàn)代控制理論的相關(guān)方法如基于模型的預測算法與LMI方法，克服廣域信號的時滯對閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的不良影響，豐富和

3、拓展抑制系統(tǒng)區(qū)間低頻振蕩的方法。
　　 主要研究工作和取得的創(chuàng)新性成果如下：
　　 1)提出了基于模型預測的廣域附加區(qū)間阻尼控制策略，克服無模型預測方法的可靠性差的不足?；诒孀R得到的系統(tǒng)降階狀態(tài)空間模型，建立狀態(tài)估計模型，然后以預測誤差為校正環(huán)節(jié)的輸入，建立輸出預測模型。利用校正環(huán)節(jié)實時校正預測誤差，由滯后輸出量預測得到當前時刻的輸出量，進而采用針對無時滯系統(tǒng)的控制理論設(shè)計反饋控制律。在校正環(huán)節(jié)中，采用固定參數(shù)或動態(tài)校

4、正兩種方法，其中動態(tài)校正根據(jù)預測誤差，采用比例調(diào)節(jié)方法，進行誤差校正?；谳敵鲱A測模型，提出了基于線性二次最優(yōu)部分輸出反饋的廣域附加區(qū)間阻尼控制策略和基于滑模變結(jié)構(gòu)控制的廣域附加區(qū)間阻尼控制策略，以驗證輸出預測方法的有效性。本文的輸出預測方法實現(xiàn)了沿系統(tǒng)狀態(tài)軌跡，基于預測模型，根據(jù)預測誤差，實時反饋校正的現(xiàn)代預測算法的主要功能。
　　 兩區(qū)域四機算例系統(tǒng)上的仿真結(jié)果表明，輸出預測模型能夠?qū)崿F(xiàn)對滯后輸出量的預測估計，對不同的控制策

5、略有較強的適應性?；陬A測模型的廣域阻尼控制器對時滯具有一定的不敏感特性，可以有效地抑制區(qū)間振蕩模式。相對于僅施加本地PSS，基于預測模型的各種控制策略使系統(tǒng)區(qū)間阻尼得到明顯增強。在輸出預測模型中，相比于采用固定參數(shù)校正系數(shù)，采用動態(tài)校正方法，對抑制區(qū)間振蕩更為有效。
　　 2)提出了可以直接求解滯后狀態(tài)反饋矩陣的矩陣不等式定理，克服利用時滯閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據(jù)設(shè)計廣域附加區(qū)間阻尼控制策略的試探性本質(zhì)和計算量大的不足。由兩個已知

6、的作為時滯系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)的LMI定理，分別推導得到可以直接解出反饋控制律的矩陣不等式定理，對矩陣不等式中的非線性項做線性化處理，轉(zhuǎn)化為LMI形式，進而將滯后狀態(tài)反饋矩陣的求解轉(zhuǎn)化為隸屬于LMI的錐補問題，采用錐補線性化迭代算法進行求解。采用的兩個LMI定理中，第二個LMI定理所含未知矩陣變量更少、算法計算量小、更易于收斂。
　　 基于上述求解滯后狀態(tài)反饋矩陣的錐補算法，提出采用滯后狀態(tài)觀測器的滯后狀態(tài)反饋廣域附加區(qū)間阻尼控制策略

7、。考慮廣域輸出量的時滯，改進并設(shè)計了滯后狀態(tài)觀測器，得到滯后狀態(tài)估計，構(gòu)建滯后狀態(tài)反饋，并證明了閉環(huán)系統(tǒng)極點分離性的成立。由推導得到的第一個矩陣不等式定理，得到滯后狀態(tài)反饋矩陣。提出了滯后狀態(tài)直接反饋的廣域附加區(qū)間阻尼控制策略。采用滯后狀態(tài)直接反饋方法，直接推得滯后狀態(tài)向量，構(gòu)建滯后狀態(tài)反饋；由推導得到的第二個矩陣不等式定理，得到滯后狀態(tài)反饋矩陣。
　　 基于錐補算法的廣域阻尼控制策略是實現(xiàn)直接利用滯后的廣域信息進行附加區(qū)間阻尼

8、控制的一種有效手段。兩區(qū)域四機算例系統(tǒng)的仿真結(jié)果表明：基于錐補線性化迭代算法的廣域阻尼控制器對時滯具有一定的不敏感特性，可以有效地抑制區(qū)間振蕩。相對于僅施加本地PSS，控制器使系統(tǒng)區(qū)間阻尼得到明顯增強。
　　 3)提出了一種時滯電力系統(tǒng)建模方法，以及廣域附加區(qū)間阻尼控制的兩層控制策略?？朔壳霸诳紤]時滯影響的電力系統(tǒng)廣域附加區(qū)間阻尼控制研究中，通常將電力系統(tǒng)建模為一個無時滯系統(tǒng)，不能直接應用時滯系統(tǒng)控制理論的局限性。第一層控制即

9、內(nèi)層控制，對無時滯電力系統(tǒng)施加計及時滯的輸出反饋控制，形成時滯閉環(huán)系統(tǒng)。第二層控制即外層控制，利用時滯系統(tǒng)的控制理論，進行反饋控制。在外層控制中，提出了動態(tài)輸出反饋的控制策略，將狀態(tài)反饋和狀態(tài)觀測器的設(shè)計統(tǒng)一考慮。依據(jù)一種時滯系統(tǒng)的二次型矩陣不等式形式的穩(wěn)定性判據(jù)，采用LMI方法，求解動態(tài)輸出反饋控制中狀態(tài)反饋矩陣和觀測器增益矩陣。提出了滯后狀態(tài)直接反饋的控制策略，采用狀態(tài)直接反饋方法，直接由滯后輸出量得到滯后狀態(tài)向量，進而依據(jù)一種時滯

10、系統(tǒng)的二次型矩陣不等式形式的穩(wěn)定性判據(jù)，采用LMI方法，求解得到滯后狀態(tài)反饋矩陣。
　　 兩層控制策略能夠直接應用時滯系統(tǒng)控制理論，克服廣域信號的時滯對閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的不良影響，與將電力系統(tǒng)建模為一個無時滯系統(tǒng)，在反饋環(huán)節(jié)中處理時滯影響的單層控制策略相比，目的性更強、控制手段更直接。
　　 兩區(qū)域四機系統(tǒng)和10機39節(jié)點算例系統(tǒng)的仿真結(jié)果表明：基于兩層控制策略的廣域阻尼控制器對時滯具有一定的不敏感特性，可以有效地抑制區(qū)間